浙江森林火險氣象等級精細化預報預警系統設計與實現

孔照林 王亞云 賈 燕 陸 明

（1.浙江省氣象臺，浙江 杭州 310017；2.浙江省氣象信息網絡中心，浙江 杭州 310017；3.浙江省氣象服務中心，浙江 杭州 310017）

0 引言

浙江省位于我國東南沿海，地形復雜，森林覆蓋率達60.58%，有七山一水兩分田之說，因此森林火災也是危害浙江省的主要災害之一。根據浙江省生態省建設規劃綱要和省委省政府關于全面推進林業現代化建設的意見，浙江著力建成比較完備的森林生態體系，在全國率先實現林業現代化，建立完善的森林防火體系是實現這一目標的重要保證，森林火險氣象等級預報作為森林防火體系中不可或缺的一部分也被提到了非常重要地位。隨著氣象觀測技術、數值預報技術、計算機技術的長足發展，為建立森林火險氣象等級預報系統提供了可靠的技術保障。研究森林火災發生和發展與氣象條件的關系，研制森林火險氣象等級精細化預報預警系統，制作和發布森林火險氣象等級的預報，為各級部門、群眾提供中、短期預報服務，對提高防御自然災害能力,預防和減少森林火災的發生和降低損失具有重要意義。

1 系統總體設計

1.1 森林火險氣象等級模型

本系統主要考慮短期內天氣和氣象要素的變化對森林和草原可燃物易燃性的影響，并以此為依據劃分火險等級。現階段所采用的氣象要素主要有：日最高氣溫、日最小相對濕度、連續無降水日數、預報日降水情況、日平均風速。其中日最高氣溫、預報日降水情況、日平均風速這三個要素的預報值主要是通過讀取每日下午16:00的城鎮報文，前期無降水日數主要是通過自動站數據可得，日最小相對濕度讀取了WRF預報的值。目前產品的預報時效為72個小時，預報范圍為浙江省67個常規站。預報方法主要是根據火災危險度HTZ=A+B+C+D-E，計算HTZ的值對照森林火險天氣等級標準，可得相應的火險等級；其中A為日最高氣溫指標值，B為日最小相對濕度指標值，C為連續無降水日數指標值，D為日平均風速指標值，E為預報日降水情況的指標值。

該模型相較之前的森林火險等級預報主要做了兩點改進。一是實現了從森林火險區域性大范圍預報轉換到空間上更精細的逐站點的預報，并且預報時效增加到72個小時；其次是所讀取的資料做了調整，主要采用了城鎮預報的氣象要素值進行計算，主觀能動性得到了提高，重點加強了預報日降水情況要素對森林火險作用的考慮。

1.2 系統體系結構

系統采用三層網絡體系結構，由數據層、運算傳輸層和顯示層組成，如圖1所示。該結構的特點是各層分離，數據層主要處理原始預報數據的獲取、保存以及數據入原始數據庫的功能，運算傳輸層實現森林火險氣象等級預報模型的運算以及結果的傳輸，顯示層主要實現用戶查看結果，采用WEB客戶端方式。這種結構完全適合于森林火險等級預報系統的數據發布模式,在數據傳輸效率、功能實現與網絡維護上體現出了明顯的優勢。

圖1 數據體系結構

2 系統開發和實現

本系統軟件主要由森林火險氣象等級運算子系統、人機交互訂正子系統和預報產品WEB顯示子系統三部分組成。

2.1 森林火險氣象等級運算子系統

該子系統利用Microsoft Visual Studio 2008平臺以及C#語言設計編譯完成。后臺系統數據庫平臺為Microsoft SQL Server 2005。森林火險氣象等級指數運算的核心方程為：HTZ=A+B+C+D-E，其中A指數為森林防火期每日的最高空氣溫度的森林火險天氣指數，讀取的是各地市城鎮報中預報的最高溫度并計算的權重值。B指數為森林防火期每日的最小相對濕度的森林火險天氣指數，根據浙江省氣象臺WRF模式中的預報日最低RH值并賦予的權重值。C指數為森林防火期每日前期或當日的降水量及連續無降水日數的森林火險天氣指數，讀取的是浙江省自動站氣象數據庫中開始計算日之前10天的降水量并計算的權重值。D指數為森林防火期每日的最大風力等級的森林火險天氣指數，讀取的是各地市城鎮報中預報的最大風速電碼并計算的權重值。E指數為預報日降水情況對應的森林火險天氣指數，讀取的是城鎮報天氣代碼并計算的權重值。

2.2 人機交互訂正子系統

為了克服奇異值、計算誤差等各種情況的出現，在森林火險氣象等級預報對公眾公布前必須由預報員根據預報資料和預報經驗進行人工訂正，所以本系統必須開發一個供預報員使用的人機交互訂正子系統。子系統分為三部分：GIS交互區、數據交互區和控制區，具體如圖2所示。

圖2 人機交互訂正子系統界面

GIS交互區采用自我開發的具有GIS功能的氣象信息顯示控件MIDS，該控件使用ATL開發的控件不依賴運行庫，尺寸較小，能夠以等值線、填色等值區域等方式顯示數據，支持數據分層疊加顯示。支持以Http方式下載數據并顯示。支持圖層疊加，支持通用的GIS地圖格式，支持地圖放大、縮小、漫游操作。多圖層疊加顯示功能使用圖層類實現，首先建立一個HCLayer的基類，該類有一個虛函數OnDraw()來實現圖層的繪制。然后從HCLayer派生出HCStationLayer（站點資料顯示圖層）、HCGridLayer（格點資料顯示圖層）、HCImageLayer（圖像資料顯示圖層）、HCUserLayer（用戶自定義繪制圖層）。等值線的繪制是使用格點資料進行繪制的。具體分為等值點的計算、追蹤連接、等值線標注、等值線填充等幾個步驟。Gis地圖的格式支持使用TinyXML實現XML格式的GMP地圖文件的讀入。該區域可實現浙江1：50000地理信息的顯示和消隱，森林火險氣象等級預報的疊加和修改，預報數據的實時傳輸等功能。

數據交互區是預報數據通過網格的方式提供給預報員修改，可實現按數值大小、地理位置排序，可實現批量修改。控制區是控制基本文件操作、地理信息控制和數據傳輸控制的區域，包含圖片保存、地圖放大縮小、數據傳輸等功能。

2.3 預報產品WEB顯示子系統

通過C#ASP網頁技術編寫的森林火險預報產品WEB顯示子系統用來將預報產品實時傳輸給相關部門和公眾，第一時間將預報信息服務到位，做到及時提醒防御。具體如圖3所示。

3 應用與評估

該系統2012年5月起正式業務化運行，成為省級森林火險氣象等級精細化預報預警核心系統，每日16：00準時發布全省各縣的森林火險氣象等級預報和預警，為全省的相關部門提供了重要的參考，為防范森林火災，減少經濟損失起到了重要的作用。

圖3 森林火險等級預報產品

同時為了了解系統運行的效果，本系統對發布的分縣森林火險氣象等級預報進行了檢驗評分，以2012年6月為例，全省共發布24小時、48小時、72小時全省（67站）分縣森林火險氣象等級預報30次，準確的次數分別為24小時12.6次、48小時10.8次、72小時9.1次，基本準確的次數分別為：24小時 14.8次、48小時14.9次、72小時13.6次；基本準確以上得分24小時、48小時、72小時分別為91.4%、85.9%和76%，預報效果達到優秀標準，具體檢驗結果如表1所示。

表1 2012年6月森林火險氣象等級預報全省平均數據表

4 結論

通過檢驗結果得出：

(1)森林火險氣象等級危險度與日最高氣溫、日最小相對濕度、連續無降水日數、預報日降水情況、日平均風速關系極為顯著。森林火險氣象等級危險度與日最高氣溫、連續無降水日數、日平均風速關系呈正相關關系,與日最小相對濕度呈負相關關系。

(2)本系統所建立的浙江森林火險氣象等級精細化預報預警模型是科學有效的，可以為全省相關部門提供正確的重要參考。

(3)通過本系統所開發的軟件可以科學地做出森林火險氣象等級預報預警，基于浙江森林火險氣象等級預報模型，可對預報的行政區域進行細化處理，能夠實現浙江省森林火險氣象等級精細化預報預警。

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